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중력을 거슬러 오르는 브라질 땅콩 이야기! - 브라질 땅콩 효과 목록

조회 : 9487 | 2009-10-12

중력을 거슬러 오르는 브라질 땅콩 이야기! - 브라질 땅콩 효과
요즘은 크기가 다른 여러 가지 땅콩들이 섞여 캔에 담겨져 있는 ‘mixed nut’이 우리나라에서도 어른들 맥주 안주로, 아이들의 영양 간식으로 많이 팔리고 있습니다. 이 제품을 처음 제조할 때는 크기가 다른 견과류들이 잘 섞이도록 캔에 담지만 우리가 사서 캔 뚜껑을 열면 어떻던가요? 그동안은 별 생각 없이 캔 뚜껑을 열었을 테지만, 앞으로는 눈여겨보세요. 크기가 가장 큰 것이 항상 위에 있는 것을 보게 될 테니까요. 그리고 아래로 갈수록 점점 더 작은 크기의 견과류들이 쌓여있는 모습을 볼 수 있을 거예요. 크기별로 분리되어 층을 이루고 있는 거지요. 크기가 다른 여러 가지 땅콩들이 섞여 있는 캔 뚜껑을 열면 가장 큰 브라질 땅콩이 항상 맨 위에 올라와 있다고 해서 ‘브라질 땅콩 효과’라는 이름이 붙여졌답니다. 껍질에 둘러 쌓여있는 브라질 땅콩. 우리가 잘 알고 있는 도토리와 비교해 보면 그 크기를 짐작할 수 있다. 오른쪽 사진은 여러 가지 땅콩들이 섞여 캔에 담겨져 있는 mixed nut. / 사진 : wikipedia(왼쪽), (cc) by teo(가운데), (cc) by Ralph Hockens(오른쪽)











무겁고 큰 브라질 땅콩이 왜 위로 올라왔을까?
브라질땅콩효과: 크기가 다른 견과류들(mixed nut, 작은 사진)을 넣고 흔들면 항상 큰 알갱이들이 위로 올라와 있는 것을 볼 수 있다. / 사진 : wikipedia 보통 우리가 알고 있기로는 중력이 있는 지구에서는 무거운 물체가 더 아래로 가라앉아야 할 텐데, 무겁고 큰 브라질 땅콩은 항상 위로 올라와 있는 이유가 뭘까요? 중력 때문에 더 아래로 내려가야 하는 큰 알갱이들이 중력을 거스르고 올라온다 하여 '반중력 효과'라고 부르기도 합니다. 국내에서 ‘브라질 땅콩 효과’가 많이 알려진 것은 정재승 교수의 《과학콘서트》라는 책에 소개되면서부터예요. 이 책에서 브라질 땅콩 효과는 주로 대류에 의해서 위로 올라온 큰 알갱이가 다시 아래로 내려가지 못해서 위에 존재한다고 설명했습니다. [사진] 브라질땅콩효과 : 크기가 다른 견과류들(mixed nut, 작은 사진)을 넣고 흔들면 항상 큰 알갱이들이 위로 올라와 있는 것을 볼 수 있다. / 사진 : wikipedia

 

 






좀 더 자세히 살펴보면 시카고 대학의 하인리히 재거(Heirich Jaeger)교수팀이 MRI 장치를 이용해 브라질 땅콩 효과가 일어나는 과정을 촬영했어요. 우리 눈으로는 모래더미 속에 서 일어나는 과정을 확인할 수 없지만, 우리 몸속 뼈의 모습 등을 촬영하는 장치인 MRI로는 안쪽에 숨겨진 모래들의 움직임까지 살펴볼 수 있거든요. 위아래로 흔들리는 모래 알갱이들은 냄비에 넣고 물을 끓일 때처럼 대류 현상을 나타냈어요. 양쪽 벽면에 붙은 모래 알갱이들은 아래쪽으로 휘어져 내려가고 안쪽에 있던 알갱이들은 위로 떠오르는 거지요. 위로 떠오른 알갱이들은 다시 가장자리로 밀려나 아래로 내려가고 이 과정이 반복되는데, 알갱이가 큰 경우에는 모래알갱이처럼 작은 알갱이들이 아주 좁은 띠 모양으로 아래로 가라앉는데 그 흐름에 끼기에는 덩치가 너무 커서 다시 아래로 내려가지 못해 위에 머무르게 되는 거라고 해요.




브라질 땅콩 현상이 생기는 것은 통 속에서 일어나는 대류현상 때문!
MRI로 브라질 땅콩 현상이 일어나는 과정을 촬영한 동영상이에요. 가장 아래쪽에 있던 큰 알갱이가 가운데 부분이 전체적으로 위로 올라오면서 결국에는 위로 올라와 있음을 알 수 있지요. 가운데 부분은 위로 올라가고, 벽 쪽에는 얇은 띠 모양으로 아래로 내려가는 것이 잘 보일 거예요. / 사진 : 하인리히 재거 교수팀 홈페이지 동영상 캡처 (링크 : http://jfi.uchicago.edu/~jaeger/group/)

 

 






이 실험으로 1831년 마이클 패러데이가 처음 발견한 이 현상을 1996년 그러니까 165년이 지나서야 전 과정을 속 시원하게 밝혀낸 거랍니다. 과학자들은 밀도와 알갱이의 모양도 브라질땅콩 효과에 영향을 미친다고 합니다. 과학자들이 고려하는 모든 것을 우리가 알 수는 없지만, 이 신기한 브라질 땅콩효과는 ‘중력을 거스르고 큰 알갱이가 위로 올라오는 반중력 효과’가 나타난다는 것 정도만 기억해두면 될 것 같습니다.




브라질 땅콩 효과, 또 어디서 볼 수 있지?
코코아 가루가 든 통의 뚜껑을 열자 뭉친 덩어리 들이 위로 올라와 있는 것이 보인다. / 사진 :(cc) by LilyBaySoap 브라질 땅콩 효과 때문에 여러 땅콩이 섞여 있는 캔 속에서 먹고 싶은 땅콩을 가장 늦게 먹어야 한다거나 아니면 통을 다시 흔들어 섞어야 하는 일이 생겨요. 브라질 땅콩 효과는 우리 삶에 이런 불편들을 가져오기도 하는데요, 또 어디서 브라질 땅콩 현상을 찾아볼 수 있을까요? 브라질 땅콩 효과는 알갱이 물질로 이루어진 계에서 흔히 일어나는 현상으로 병 속에 모래를 넣고 흔들어 보거나 아이들에게 먹이는 분유통을 흔들어 뚜껑을 열어 봐도 확인 할 수 있습니다. 가루약이 담긴 병에서도, 크기가 다른 사탕들이 담긴 통에서도 볼 수 있고요. 살펴보면 모두 굵은 알갱이들이 위로 올라와 있을 거예요. 큰 알갱이와 작은 알갱이를 잘 섞었는데도 차로 운반하면서 흔들리거나, 손으로 옮기는 과정에서 흔들리면서 큰 알갱이들이 어김없이 위로 올라와 있지요. 이 현상은 기업들의 골칫거리 중 하나래요. 제약회사에서는 잘 섞어 놓은 가루약을 차로 운반하고 나면 크기별로 층이 생겨 낭패를 보게 돼요. 아기들이 먹는 분유, 우유에 타먹는 시리얼이나 시멘트재료를 운반할 때도 마찬가지고요. 운반 후 다시 섞는 과정을 거쳐야만 하는 거예요.

 

 

 






거액의 당첨금이 걸린 ‘로또’를 아세요? 그 로또 추첨 기계에 발생하는 브라질 땅콩 효과 때문에 큰 골치를 썩이기도 했지요. 우리 눈으로는 거의 같아 보이는 공의 크기가 아주 조금만 달라도 이 브라질 땅콩 효과의 영향을 받는 거예요. 유난히 잘 뽑히는 공이 생기겠지요. 이 문제를 해결하기 위해서 지금은 로또 추첨 기계가 공을 흔드는 방식이 아닌 높은 압력으로 공기를 불어넣어 뒤섞는 방식의 기계로 바뀌게 된 거라고 해요. 이처럼 브라질 땅콩 현상은 우리 삶에 직접적인 영향을 미치고 있는데요, 브라질 땅콩 효과가 궁금하다면 투명한 유리병에 큰 콩, 작은 콩, 쌀 같이 크기가 다른 알갱이들을 넣고 흔들어 보세요. 위에서부터 크기가 큰 알갱이들이 차곡차곡 가지런히 쌓여 갈 테니까요.




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